Как выбирать индукционные лампы: виды, устройство, использование

Немного истории индукционных ламп

Первый безэлектродный разряд был получен немецким ученым И. В. Хитторфом в 1884 году. Несколько десятилетий другие ученые пытались повторить эксперимент Хитторфа, не у всех это получалось. В начале 20 века американский изобретатель П.С. Хьюитт получил патент на безэлектродный источник света, но выпускать такие световые приборы начали только в 30-х годах. В 1938 году третий ученый К. Ле Бел придумал заполнять колбу безэлектродного светильника парами ртути.

В 60-х годах 20 века индукционные источники света уже разделились на три типа: лампа с «внутренней полостью», трансформаторная лампа и компактная люминесцентная лампа со встроенным пускорегулирующим устройством (ЭПРА).

В 80-х годов разрабатываются безэлектродные источники света, в которых свечение основано на плазме индукционного разряда, возбуждаемого высокочастотным индуктором. Такие ИЛ довольно просты в конструкции, хорошо светят, долго служат и экономят электроэнергию.

Индукционные лампы. Виды и устройство. Работа и особенности

С каждым годом, все больше осветительных приборов содержащих ртуть, попадает под запрет.

В очень скором времени это коснется и большинства энергосберегающих ламп. Не только их производство, но и импорт, а также экспорт станут незаконными. Так что если вас не пугают ”ртутные страшилки” и всякого рода демеркуризации, запасайтесь подобными лампочками впрок уже сегодня.

В качестве альтернативы нам предлагают ставшие всем привычными светодиодные лампочки. Однако не всегда и не во всех условиях они являются достойной заменой.

Например, для освещения больших пространств, очень хорошо подходят другие инновационные светильники – индукционные.

Хотя они и появились несколько лет назад, многие до сих пор не подозревают о их существовании.

Параметрам такой лампы, а в особенности сроку службы, могут позавидовать большинство светодиодов. Что же это за чудо техники?

Называется она безэлектродная индукционная лампа. В некоторой степени ее можно считать прототипом источника света по беспроводной передаче электроэнергии от Николы Теслы.

На первый взгляд она напоминает обычную люминесцентную лампу. Да и принцип работы у них чем-то схож.

Мы имеем колбу заполненную инертным газом, с содержанием небольшого количества ртути. Однако в отличии от обычных люминесцентных ламп, здесь используется особый сплав ртути в ее твердой форме – амальгама.

При ионизации ртуть испускает ультрафиолетовое излучение. Попадая на люминофор, оно переизлучается уже в видимом для нас цветовом спектре. 

В отличие от других люминесцентных ламп, индукционная не имеет электродов. Это просто стеклянная кольцеобразная колба, абсолютно без каких-либо выводов.

Энергия попадает внутрь благодаря высокочастотному электромагнитному полю. Проще говоря, это некий гибрид трансформатора и люминесцентной лампы. Форма у них бывает разная.

Первичная обмотка здесь выполнена на ферритовых тороидальных сердечниках. А вторичной обмоткой является замкнутый виток плазмы внутри колбы.

По виду она чем-то напоминает лампы с ”холодным катодом”, используемые в мониторах и сканерах. Но даже и там есть электроды.

Здесь же в конструкцию светильника входят следующие компоненты:

• газоразрядная трубка с люминофором

• ферритовый электромагнит одетый на трубку

• обмотка намотанная на сердечник

• электронный балласт — ЭПРА

Цельная колба изначально состоит из двух трубок половинок.

Они накрепко запаиваются  между собой при температуре 1200 градусов.

Далее из трубок необходимо убрать весь оставшийся воздух. Для этого маленькая трубочка выступающая из лампочки припаивается к машине, которая этот воздух и выкачивает.

После чего, колбу заполняют инертным газом. Также маленькая трубочка служит нишей для подачи шариков твердой ртути, размером с булавочную головку.

Когда лампа включается, ртуть испаряется.

Такая необычная конструкция позволила в десятки раз продлить срок службы данных источников света по сравнению с ДРЛ, ДНаТ и обычными люминесцентными.

Здесь срок службы спокойно доходит до 100 000 часов непрерывной работы. А это ни много ни мало, почти 11 лет постоянного свечения!

Внутри такой лампы просто нечему сгорать и выходить из строя. Кроме того, отсутствие металлических электродов повышает стабильность самого люминофора.

Он не загрязняется и не взаимодействует с частицами металла, как это происходит в обычных люминесцентных лампочках.

Конечно, можно поднести и к простой энергосберегайке напряжение извне. При этом внутри нее также появится свет.

https://www.youtube.com/watch?v=-FKOpRvqkc8

Для ионизации газа и поддержания плазмы, сетевое напряжение 220В для свечения индукционки не подходит. Поэтому такие лампы работают от импульсного блока питания.

Он генерирует переменный ток амплитудой 200В и частотой 250кГц. Некоторые боятся таких ламп, сравнивая их чуть ли не с открытыми микроволновками постоянно висящими над головой.

Это напрасные опасения, так как излучают они всего несколько ватт, на разных частотах до 4MHz, а это даже не КВ (короткие волны).

Микроволновка тем временем, излучает не менее 600Вт в СВЧ диапазоне 2,4Ггц. В этом смысле мобильный телефон, даже более опасен, чем индукционная лампа.

Также как и другие энергосберегающие лампы, индукционные модели обладают разным световым потоком. Наибольшее распространение получили светильники с потоком от 2700К до 6500К.

• Приведем технические характеристики некоторых популярных моделей индукционных ламп.
• Биспектральные лампы — их применяют для выращивания растений:
• Кстати, небольшой мощности индукционки, светят рассеянными лучами и поэтому не жгут растения, даже при низкой высоте подвеса таких фитоламп – от 40см до 1,5м. 

Отдельные растения, например томаты, очень любят такой диффузионный свет. Более того, спектр таких ламп на 2/3 соответствует ФАР (фотосинтетической активной радиации).

А это именно та радиация, которая и способствует активному росту и цветению растений в гроубоксах, теплицах, оранжереях.

Преимуществ у индукционных ламп множество:

• отсутствие мерцания при работе

На видео снизу изображена металлогалогенная лампа (слева), натриевая (справа), и индукционная (по центру). Почувствуйте что называется разницу.

• минимальное время выхода на номинальный режим свечения

• высокий КПД и косинус фи (более 0,98) 

• неограниченное количество циклов включений-отключений

• отсутствие больших пусковых токов

• лампы могут использоваться с блоками управления и возможностью диммирования для регулировки освещения

• стабильная работа при сверхнизких температурах (до -40 градусов)

• стабильное свечение при низком уровне напряжения

• малый нагрев поверхности (максимум до 80 градусов)

Это вам не ДНаТ с ее разогревом до 350 цельсия!

• высокая светоотдача (до 160 Лм/Вт)

• в отличии от светодиодов, которые со временем теряют более половины своей яркости, у индукционных за 10 лет она снижается максимум на четверть

Самое слабое место у этих ламп – это блок питания. Именно он выходит из строя быстрее чем колба. Фактически его срок службы такой же, как у лампочек ДРЛ или ДНаТ. Еще к недостаткам можно отнести следующие моменты:

• лампа фонит в радиодиапазоне разными гармониками

Так что лучше электронику держать от нее подальше.

• общая эффективность ниже, чем у Led светильников

• массовое падение спроса и как следствие, отказ производителей от дальнейшего развития технологии

• китайские модели грешат постепенным обсыпанием люминофора

Так что ни о каких 100 000 часах работы для дешевых моделей речи не идет.

Светодиоды по своим характеристикам в основной массе все же лучше. Поэтому будущее принадлежит именно им.

Хотя и у них своих ”косяков” и недочетов хватает с лихвой. Один из главных – меньший срок службы.

Многие светодиодные ленты и прожекторы, собранные на их основе, выходят из строя гораздо раньше своего гарантийного срока. Почему это происходит и как этого избежать, читайте в статье ниже.

Те, кого беспокоит вопрос экологии и утилизации индукционных ламп, должны вспомнить что в них применяется амальгама, а не простая ртуть.

При обычной комнатной температуре она не испаряется и не растекается. Поэтому более безопаснее чем ее жидкий аналог.

Обычная ртуть из амальгамы в небольших количествах (0,25 миллиграмма для 200 ваттной модели), выделяется только при розжиге и свечении лампы.

Больших проблем с экологией при утилизации таких ламп обычно не возникает. Некоторые пользователи вообще их выбрасывают как бытовые отходы. Хотя делать этого не нужно.

1. Если же подводить итог эксплуатации последних лет, то можно сказать, что индукционные лампы все-таки проиграли глобальную конкуренцию со светодиодами.
2. Применять их экономически выгодно только в больших помещениях с потолками высотой свыше 6 метров и иногда на улице.
3. Чаще всего их монтируют:

• складских промышленных помещениях

• больших теплицах и оранжереях

• спортивных крытых объектах

Здесь таким лампам нет равных конкурентов и не будет их еще очень долгое время.

Индукционные лампы классифицируются довольно просто. Их разделяют на лампы с внутренней и внешней индукцией. Все зависит от того, где расположена индукционная катушка. Если катушка размещается вокруг трубки – это лампы внешней индукции, а ели катушка и магнитное сердечко расположены в середине колбы – тогда это лампы внутренней индукции.

Помимо этого, существуют еще лампы со встроенным и отдельным балластом.

Но во всех случаях индукционная лампа – это своего рода ВЧ трансформатор, в котором вторичной обмоткой является ВЧ разряд находящийся непосредственно в самой колбе, а первичной обмоткой балласт присоединяется к сети (с помощью электронного балласта).

Виды индукционных ламп

Принцип действия

По своему действию индукционные лампы совсем несложные. Индукционное поле возникает в газовой среде, заполненной колбы. После этого появляется разряд, а люминофор энергию разряда преобразует в свечение.

Для создания такого прибора пришлось модернизировать всем известную люминесцентную лампу.

Однако полученные результаты впечатляют, поскольку технические характеристики у такой лампы намного лучше, чем у других применяемых осветительных приборов.

Ее можно назвать высокочастотным трансформатором, где функцию вторичной обмотки выполняет внутри колбы разряд высокой частоты.

Катушка (первичная обмотка) может подключаться к разным источникам питания: к сети 220 или 380 Вт или к постоянному току.

Благодаря схеме светильников индукционного типа такие изделия можно выпускать с разной мощностью в пределах от 15 до 500 Ватт и выше. Самые мощные устройства применяются в промышленных целях.

Чаще всего в продаже встречаются в сборе, чем отдельные лампы. Выпускается также продукция в комплектах, чтобы была возможность преобразовать обычный светильник в индукционный. Они включают в себя систему крепления и лампочку с патроном.

Благодаря безэлектродному исполнению, сроки эксплуатации индукционных лампочек значительно больше, чем у традиционных люминесцентных аналогов. Производители заявляют, что рабочий период составляет 60 000−150 000 часов.

Классификация и технические характеристики

ИЛ разделяют по форме колбы, способам установки электронных устройств: генераторов и катушек.

По способу размещения электронных устройств выделяют ИЛ с:

• Внешним генератором: лампа и генератор являются раздельными устройствами;
• Встроенным генератором: лампа и генератор объединены в одном корпусе;
• Внешней индукции: катушка располагается вокруг колбы;
• Внутренней индукции: катушка размещается внутри колбы.

По форме колбы изготавливают следующие источники света:

• Круглые (ИЛК). Представляют собой кольцо. Характеризуются высокой светоотдачей, различными цветовыми температурами, равномерным световым потоком.
• Шаровидные (ИЛШ). Изготавливаются для замены  ламп накаливания большой мощности.
• U-образные (ИЛУ). Чаще всего изготавливаются с внешним генератором, светят белым светом.
• Кольцеобразные (ИЛБ, ИЛБК). Запускаются при низких температурах (-35⁰), спектр свечения – мягкий белый. Все электронные устройства встроены в колбу.

Характеристики ИЛ

Срок службы. Очень большой: 60000-150000 часов. Кроме высокочастотных серий ФБ и ВКсШ (50-150 часов).

Светоотдача. Высокая: 80-160 лм/Вт. Причем, чем выше мощность, тем больше световой поток. В течение эксплуатации светоотдача снижается незначительно: по заявлению производителей после 60000 часов наработки световой поток составляет более 70% от номинального.

Мощность. Диапазон составляет от 15 до 500 Вт. (Впрочем, иногда выпускаются более мощные  исключительно промышленного назначения).

Индекс цветопередачи: выше 80.

Цветовая температура. Цвет свечения зависит от люминофора, применяемого для покрытия колбы. Как и у люминесцентных источников света цветовой диапазон довольно широк. Чаще всего встречаются лампы с теплым (3500 К), нейтральным (4100К, 5000 К) и холодным (6500 К) светом. Фитолампы для растений светят синим или розовым спектром в зависимости от назначения подсветки.

Диапазон рабочих температур: от -40⁰ до 60⁰С. Низкий нагрев колбы: 40-60⁰С.

Диммирование: яркость регулируется от 30 до 100%. ИЛ не требуют диммеров особых конструкций: подойдет простой регулятор, как для лампы накаливания.

Нечувствительность к скачкам напряжения электросети, так как безэлектродные источники света специально защищены от коротких замыканий и перепадов сети. Мгновенный розжиг.

В 60-е годы прошлого века обычные лампы накаливания стали заменяться дуговыми ртутными светильниками. Это обычный люминесцентный прибор, который работает по принципу разгона атомов ртути в инертном газе между двумя электродами. Колба, где проходит вся работа, покрыта внутри люминофором. Об него при движении ударялись атомы ртути и превращали кинетическую энергию в световые фотоны. Так работает всё индукционное освещение.

В 90-х годах широкое применение получили светодиодные лампы, затем на смену им пришли электродинамические. В современных приборах не используется ртуть. Вместо этого применяют особый сплав, включающий медь, серебро или золото. Состав называют амальгамой, он более безопасен для здоровья человека, чем чистая ртуть. По светоотдаче лампы не уступают другим моделям, а их цена при этом значительно ниже.

Принципы работы

Принцип работы индукционных светильников был придуман ещё в прошлом веке, но до сих пор не находил практического применения. В системе газы, находящиеся в колбе, раскаляются до плазматического состояния. Магнитная индукция доводит материал до такой степени нагрева. Для этого колбу оплетают по спирали проводами, которые и образуют магнитное поле. В результате лампа выделяет интенсивный свет.

Минимальный эффект выгорания обеспечивается тем, что газы не контактируют с электродами. Светильники могут исправно работать более десяти лет, не теряя своей яркости. Электродинамическую индукционную лампу называют усовершенствованной производной люминесцентных моделей. Приборы лишены обычных недостатков прошлых светильников: они не мерцают, нечувствительны к частому включению, устойчивы к перепадам напряжения, а их корпус выгорает медленно.

В лампах ферритовые кольца могут располагаться внутри или снаружи колбы, от этого зависит тип индукции. Она может быть внешней и внутренней. Сейчас индукционные лампы и светильники мало кому известны, но некоторые модели уже поставлены на серийное производство. Со временем такие приборы составят конкуренцию лидерам на рынке осветительного оборудования.

Классификация ламп

В первом варианте катушка и сердечники находятся внутри колбы, а во втором — размещаются вокруг неё. Такие лампы служат намного дольше, ведь электромагнит легко и без препятствий рассеивает свет и тепло. В зависимости от установки балласта выделяют:

• с отдельным генератором;
• встроенным.

Первые модели обладают самыми высокими производительными качествами и широким диапазоном температуры. Освещение распределяется равномерно благодаря форме колбы в виде кольца. Лампы подходят для круглых и овальных плафонов. Приборы оптимальны для использования в складских помещениях, промышленных цехах, торговых центрах, комнатах спортивного и общественного назначения.

Шаровидные выглядят как обычные лампы накаливания. Можно использовать эти светильники в стандартных патронах. Приборы моментально зажигаются, обладают высокой производительностью, но их свет тёплый и мягкий. Лампы подходят для уличных фонарей, производственных помещений, прожекторов и освещения гостиниц, супермаркетов и развлекательных центров.

Кольцеобразная форма подразумевает расположение колбы, генератора и катушки в одной конструкции. Светильники быстро запускаются даже при сильном морозе (до -35 градусов), свет не слепит, льётся мягко и рассеянно. Подходят для применения в частном доме, отеле и гостинице. В U-образных приборах генератор расположен отдельно, они излучают яркий белый цвет, не мерцают. Можно использовать их в торговых и офисных зданиях, освещают ими стадионы, магистрали, туннели метро, рекламные щиты и табло.

Маркировка приборов

Форма и технические особенности светильников указаны в их маркировке. Первые две буквы ИЛ — это обозначение индукционной лампы, третья характеризует форму, затем описывается мощность. Минимальная и максимальная производительность составляют 15 и 500 Вт соответственно, но есть и более эффективные приборы производственного назначения. Светильники можно использовать в приборах с патронами серии Е40, Е27 и Е14.

Производители выпустили линейку фитоламп, отличающихся формой и цветом потока. Эти модели предназначены для освещения растений в разные периоды их жизни и развития. Серия обозначается аббревиатурой ТИЛ, а технические характеристики — двумя буквами:

• ФЛ — используют на начальном этапе цветения, излучают световой поток красного оттенка;
• модели ГП и ВГ — необходимы во время вегетативного роста, цвет излучения — синий;
• уникальная серия КЛ позволяет управлять развитием растения, фрукты и цветы быстро появляются и спеют под ярко-красным светом.

Если изначально для улучшения роста цветка или плодового куста применялись лампы серии ТИЛ, то их используют на протяжении всей его жизни. Но перед покупкой нужно разобраться с маркировкой. К примеру, ТИЛПфл-100 — это прямоугольный фитоприбор мощностью 100 Вт, предназначенный для ускорения цветения.

Область применения

Ил могут использоваться как для внутреннего освещения, так и для внешнего. Их используют:

• для уличного освещения;
• в торговых центрах и гостиницах;
• в офисах;
• для освещения больших площадей цехов, промышленных зон и т.п.;
• для освещения оранжерей и теплиц; фитолампы;
• в спектрометрии для точечных источников ультрафиолетового излучения.

Однако из-за наличия электромагнитного излучения индукционные лампы не применяют в аэропортах, на железной дороге, в лабораториях и медицинских учреждениях.

Одна из самых эффективных сфер применения ИЛ – дорожное освещение. При такой подсветке пешеходам и водителям обеспечивается хорошая видимость. А сами индукционные светильники энергоэффективны.

Индукционные дорожные светильники обеспечиваются надежным консольным креплением. Их монтируют на стандартные столбы и опоры в парках, скверах, площадях, дворах, шоссе, стоянках и т.д.

Поскольку ИЛ зажигаются мгновенно, то они хорошо совмещаются с датчиками движения и программируемым включением и выключением.

Выводы

Один из главных недостатков ИЛ – высокая цена. Стоят такие лампы от 1000 рублей. Производители дают большой гарантийный срок – целых 5 лет. Расчеты показывают, что затраты на приобретение одной ИЛ окупаются в течение 1-1,5 лет в зависимости от мощности и продолжительности работы.

Индукционное освещение заметно снижает потребление электричества. Следовательно, нагрузки на проводку будут минимальными. Это особенно актуально для освещения больших территорий: городских, промышленных и т.п.

В целом можно отметить, что наиболее перспективной областью применения ИЛ является именно освещение больших пространств. Использование ИЛ в быту ограничивается габаритами и вредным излучением: электромагнитного и ультрафиолетового. А для промышленных предприятий, народного хозяйства индукционные лампы хороший способ качественно и относительно недорого освещать большие территории.

Полезные видео